JP5767359B2 - Manufacturing method of solar cell - Google Patents
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Description
本発明は、概括的には太陽電池に関する。より詳細には太陽電池の製造プロセス及び構
造に関するが、それに限られない。
The present invention generally relates to solar cells. More specifically, it relates to the manufacturing process and structure of solar cells, but is not limited thereto.
太陽電池は、太陽照射を電気エネルギーに変換するための公知の装置である。太陽電池
は、半導体プロセス技術を利用して半導体ウェハ上に製造することができる。一般に、太
陽電池は、シリコン基板内にP型及びN型拡散領域を形成することによって製造すること
ができる。太陽電池に太陽照射光が当てられると、電子及び正孔が拡散領域に移動し、そ
れにより、拡散領域間の電圧差が生成する。背面接合型太陽電池(backside junction so
lar cell)では、拡散領域及びそれに結合する金属コンタクトフィンガー(接触部、cont
act fingers)の両方が、太陽電池の背面にある。コンタクトフィンガーによって、外部
電気回路が太陽電池に結合され且つ太陽電池によって給電される。
A solar cell is a known device for converting solar radiation into electrical energy. Solar cells can be manufactured on a semiconductor wafer using semiconductor process technology. In general, solar cells can be manufactured by forming P-type and N-type diffusion regions in a silicon substrate. When solar irradiation light is applied to the solar cell, electrons and holes move to the diffusion region, thereby generating a voltage difference between the diffusion regions. Backside junction so
In the lar cell, the diffusion region and the metal contact finger (contact part, cont)
Both act fingers are on the back of the solar cell. The contact fingers couple the external electrical circuit to the solar cell and are powered by the solar cell.
コストを理由として、金属コンタクトフィンガーの、対応する拡散領域との電気的な接
続形成を含むバックエンドプロセスで用いるためのインクジェット印刷ステップが開発さ
れている。より具体的には、それを通して金属コンタクトフィンガーを拡散領域に電気的
に接続することができるコンタクトホールを画定するコンタクトマスクを、インクジェッ
ト印刷によって形成することができる。しかし、このコンタクトマスクは、典型的には、
太陽電池ウェハの他の特徴的構造との臨界的な整合(厳密な整合、critical alignment)
を必要とする。このような整合は、バックエンドプロセスにおける他のステップのプロセ
スパラメータを制限してしまう。
Due to cost reasons, inkjet printing steps have been developed for use in back-end processes involving the formation of electrical connections between metal contact fingers and corresponding diffusion regions. More specifically, a contact mask that defines contact holes through which metal contact fingers can be electrically connected to the diffusion region can be formed by ink jet printing. However, this contact mask is typically
Critical alignment with other characteristic structures of the solar cell wafer (critical alignment)
Need. Such matching limits the process parameters of other steps in the backend process.
一態様では、太陽電池の製造で使用するためのコンタクトマスクが、インクジェット印
刷によって形成されたドットを含んでいてよい。このドットは、誘電層(例えばポリイミ
ド)間にある開口内に形成することができる。重ねられたドットの交差部によって(ドッ
トの重ね合わせによって)、コンタクト領域を画定するギャップを形成することができる
。ギャップの間隔は、ドットを供給するノズルの整列によって決定することができる。ド
ットをコンタクトマスクとして使用して、下層の誘電層をエッチングし、その下層の誘電
層を貫通するコンタクト領域を形成することができる。金属コンタクトフィンガーをウェ
ハ上に形成することができ、これにより、対応する拡散領域へのコンタクト領域を通して
の電気的な接続が形成される。
In one aspect, a contact mask for use in the manufacture of solar cells may include dots formed by ink jet printing. The dots can be formed in openings between dielectric layers (eg polyimide). A gap defining the contact area can be formed by the intersection of the superimposed dots (by overlapping the dots). The gap spacing can be determined by the alignment of the nozzles supplying the dots. Using the dots as a contact mask, the underlying dielectric layer can be etched to form a contact region that penetrates the underlying dielectric layer. Metal contact fingers can be formed on the wafer, thereby forming an electrical connection through the contact region to the corresponding diffusion region.
本発明の上述の及び他の特徴は、添付の図面及び特許請求の範囲を含む本開示内容全体
を読むことによって当業者に明らかとなろう。
These and other features of the present invention will become apparent to those of ordinary skill in the art upon reading the entirety of this disclosure, including the accompanying drawings and claims.
異なる図面で同じ参照表示を使用している場合、それは同一又は同様の構成要素を示す
。
Where the same reference designation is used in different drawings, it indicates the same or similar component.
本開示は、本発明の態様がよく理解されるように、多数の特定の詳細、例えば装置、構
造及び方法の例を示している。しかし、1つ以上の特定の詳細がなくても本発明が実施可
能であるということは当業者により認識されるであろう。他の例では、本発明の局面が不
明確になることを回避するために、周知の詳細は図示しないか又は説明していない。
This disclosure sets forth numerous specific details, such as examples of apparatus, structures and methods, so that aspects of the invention may be better understood. However, it will be recognized by one skilled in the art that the present invention may be practiced without one or more specific details. In other instances, well-known details are not shown or described to avoid obscuring aspects of the invention.
図1に、本発明の態様で使用することができる例示的なインクジェットプリンタを概略
的に示す。図1の例では、インクジェットプリンタは、プリントヘッド110及び複数の
ノズル112を含む。ノズル112は、行と列の形態で配置され、アレイを形成していて
よい。半導体プロセスにおけるインクジェットプリンタの使用は、一般によく知られてい
る。簡単に説明すると、材料をノズル112を通してウェハ114へと流出させる。ウェ
ハ114上でプリントヘッド110を1回以上通過(パス)させることによって、ウェハ
114上に印刷されたパターンが得られる。以下の態様では、このパターンは、太陽電池
において金属コンタクト領域を形成するためのマスクとすることができる。
FIG. 1 schematically illustrates an exemplary inkjet printer that can be used in aspects of the present invention. In the example of FIG. 1, the ink jet printer includes a print head 110 and a plurality of
図2に、インクジェット印刷によってウェハ114上にコンタクトマスク200を形成
する1つの手法を概略的に示す。図2の例では、コンタクトマスク200は、アパーチャ
210を画定する複数のドット201を有する。例示を簡単にするために、図2では、ド
ット201の全てには参照符号を付与していない。アパーチャ210は、それを貫通して
金属コンタクトが形成される領域を画定するものであり、ドット201がないことによっ
て形成される。つまり、アパーチャ210は、アパーチャ210のエリアにドットが設け
られないようにドット201を印刷することによって形成される。比較的高いドットパー
インチ(DPI)を有し、ドット直径が約100μm、連続するドット201の中心間の
距離202が約31.75μmとなるインクジェットプリンタを使用することによって、
アパーチャ210は、約30μmの直径を有するコンタクト領域を画定することができる
。このマスク200は、大抵の太陽電池の応用で満足いくものであるが、アパーチャ21
0の、ウェハ114の他の特徴的構造に対する整列を制限するウィンドウを加工すること
は比較的難しい。このことは、アパーチャ210がより小さく形成されている場合に特に
当てはまる。
FIG. 2 schematically shows one method of forming the
Aperture 210 can define a contact region having a diameter of about 30 μm. This
It is relatively difficult to fabricate a window that limits the alignment of zero to other feature structures of the
図3は図3A〜3Dからなり、本発明の態様による太陽電池の製造プロセスを概略的に
図示する断面図を示す。図3のプロセスは、太陽電池金属コンタクトフィンガーを形成す
るためのコンタクトマスクの形成に関する。説明を簡単にするために、本発明を理解する
上で必要のないプロセスの詳細は省略した。
FIG. 3 comprises FIGS. 3A-3D and shows a cross-sectional view schematically illustrating a solar cell manufacturing process according to an embodiment of the present invention. The process of FIG. 3 relates to the formation of a contact mask for forming solar cell metal contact fingers. For the sake of simplicity, details of processes that are not necessary to understand the present invention have been omitted.
図3Aを参照すると、太陽電池は、ウェハ301並びに複数の拡散領域303及び30
2の形態の基板を有している。拡散領域303及び302は、ウェハ301又はその上に
重ねられた層に形成することができる。図3の例では、拡散領域303はP型拡散領域を
含み、拡散領域302はN型拡散領域を含む。本発明の態様による任意の所与の太陽電池
ウェハには、いくつかの拡散領域303及び302がある。図3Aの太陽電池は、拡散領
域303及び302が、前面304とは反対の側の背面にある背面接合型太陽電池である
。前面304は、通常の運転時には太陽の方を向く。
Referring to FIG. 3A, a solar cell includes a
There are two types of substrates. The
拡散領域の上には誘電層304が形成されている。一態様では、誘電層304は、大気
圧化学蒸着(APCVD)によって約1000〜6000Åの厚みに形成された二酸化シ
リコンを含む。層304は、拡散領域と、その上に重ねられた導電層、例えば続いて形成
される金属コンタクトフィンガーとの間の電気的絶縁をもたらす。
A
誘電層304上には誘電層305が形成されており、これにより、有利には、1つの極
性の金属コンタクトフィンガーが別の極性の拡散領域に対して電気的に短絡することが防
止される。図3の例では、層305は、N型拡散領域302(つまりN型金属コンタクト
フィンガー)に電気的に接続されている金属コンタクトフィンガーがP型拡散領域303
に対して電気的に短絡することを防止する。一態様では、誘電層305は、5ミクロンの
厚みにスクリーン印刷されたポリイミドを含む。誘電層305は、他の堆積技術を使用し
て形成することもできる。
A
Against electrical short circuit. In one aspect,
しかし、誘電層305は、好ましくは、費用を抑えるためにスクリーン印刷されている
。費用の低減は、太陽電池用途では特に重要である。一態様では、層305間の開口は約
200μmである。
However, the
図3Bでは、複数のドット306が、ウェハ301上にインクジェット印刷されている
。認識されるように、ドット306という名称は、ノズルを通る吐出材料によって形成さ
れていることを示すために付けられている。つまり、ドット306は必ずしも円形でなく
てよい。ドット306は、ギャップ321がドット306間に形成されるように、ウェハ
301上にインクジェット印刷することができる。以下の説明でより明確となるが、ギャ
ップ321はコンタクト領域を画定し、このコンタクト領域を通して、金属コンタクトフ
ィンガーを、対応する拡散領域に電気的に接続することができる。ドット306は、ウェ
ハ301上でのプリントヘッドの1回のパスで形成することができ、それにより、層30
5間の開口に形成されたギャップ321が得られる。図4のコンタクトマスク400を形
成するドット306は、ホットメルト樹脂を含んでいてよい。
In FIG. 3B, a plurality of
A
図4に、本発明の態様による、ギャップ321と隣接するドット306との位置関係を
図示する上面図を示す。図4の例では、コンタクトマスク400は、ギャップ321が形
成されるようにインクジェット印刷された複数の重ねられたドット306を含む。ギャッ
プ321は、ドット306が印刷されていないエリアである。図4に示すように、各ギャ
ップ321は、複数の(例えば4つの)重ねられたドット306の交差部によって形成さ
れていてよい。有利には、ギャップ321のサイズ及び位置は、ドット306を供給する
ノズルの物理的な整列によって規定し、決定することができる。例えば、ドット306の
中心間の寸法401は、インクジェットノズルのピッチによって規定することができる。
したがって、ギャップ間の間隔も、ドットを供給するノズルの物理的な整列によって決定
される。
FIG. 4 shows a top view illustrating the positional relationship between
Thus, the gap spacing is also determined by the physical alignment of the nozzles supplying the dots.
コンタクトマスク400は、これまで実現されていなかったいくつかの利点を提供する
。ドット306間の間隔の精度が、ノズルの物理的な整列によって決定されるので、比較
的低いDPIのインクジェットプリンタを、複数のギャップ321を画定するために使用
することができる。例えば、+/−5μmで約100μmのドット直径である場合、ドッ
トの中心間の距離401は75μmの長さを有し、各ギャップ321は約6μmの直径を
有し得る。好ましくは、各ギャップのサイズは、ギャップが層305中のピンホールと整
列する範囲、ひいては確率ができるだけ小さくなるように形成される。同様の理由で、ギ
ャップ321は、好ましくは、層305間の開口内にのみ形成されている。
コンタクトマスク400は、臨界的な整合なしでウェハ301上に印刷することができ
るという意味で、「整合不要(alignment free)」でもある。その理由は、ギャップ32
1が層305間の特定の位置で形成される必要がないからであり、つまり、ギャップ32
1が層305間に形成されてさえいればよい。また、コンタクトマスク400を印刷する
ために、インクジェットプリンタは、図2のコンタクトマスク200のように複雑なパタ
ーンを作る必要はなく、ウェハ301上を単に通過させるだけでよい。コンタクトマスク
400は、比較的真っ直ぐな経路に沿って1回又は複数回のパスで印刷することができる
。一態様では、コンタクトマスク400は、一方向で1回のパスでインクジェット印刷さ
れる。
1 does not have to be formed at a particular location between
It is only necessary that 1 is formed between the
図3Cへと続き、層304の部分を除去してその層304を貫通するコンタクト領域3
11を形成するために、コンタクトマスク400が利用される。一態様では、コンタクト
領域311は、エッチングマスクとしてコンタクトマスク400を使用し且つ層305を
あまり顕著にエッチングをしないエッチャントによって層304をエッチングすることに
よって形成される。例えば、二酸化シリコンを含む層304及びポリイミドを含む層30
5の場合は、コンタクト領域311は、エッチャントとしてフッ化水素酸を使用する緩衝
酸化物エッチング(BOE)プロセスで、層304の露出した部分(つまりギャップ32
1の直下の部分)を湿式エッチングすることによって形成することができる。層305は
、そのようなエッチングプロセスにおいて、エッチ停止層として働く。図3Cに、BOE
プロセス及びそれに続くコンタクトマスク400の除去後の図3Bのサンプルを示す。ホ
ットメルト樹脂を含むコンタクトマスク400は、水酸化カリウム(KOH)を使用する
マスクストリッププロセスで除去することができる。
Continuing to FIG. 3C, a contact region 3 is removed through a portion of the
In order to form 11, a
5, the
1 can be formed by wet etching.
3B shows the sample of FIG. 3B after the process and subsequent removal of the
図3Cに示すように、コンタクトマスク400によって、層305間の開口において複
数のコンタクト領域311が得られた。コンタクト領域311は、コンタクト領域311
を画定するのに使用される対応ギャップ321のサイズが小さいため、比較的小さい。よ
って、対応する拡散領域との電気的な接続を金属コンタクトフィンガーが貫通して形成す
ることができる複数の比較的小さいコンタクト領域311が得られる。コンタクト領域3
11のサイズが比較的小さい(例えば、同じサイズのギャップ321に対し6μm)こと
によって、比較的小さな金属コンタクトフィンガーの利用が可能となり、そしてそれによ
り、有利には、より高い効率が得られる。
As shown in FIG. 3C, the
Since the size of the
The relatively small size of 11 (eg, 6 μm for the same size gap 321) allows the use of relatively small metal contact fingers, and thereby advantageously provides higher efficiency.
図3Dでは、金属コンタクトフィンガー312及び313が、コンタクト領域311を
貫通して形成されている。一態様では、金属コンタクトフィンガー312及び313は材
料の積層体を含む。その材料は、1000オングストロームの厚みのアルミニウム層を含
み、そのアルミニウム層は500オングストロームのチタン−タングステン層上に形成さ
れていて、そのチタン−タングステン層は300ミクロンの厚みの銅層上に形成され、そ
の銅層は6ミクロンの厚みのスズ層上に形成されている。本発明の利点を損なうことがな
ければ、別の金属及び金属構造も使用することができる。本発明の態様による任意の所与
の太陽電池ウェハでは、いくつかの金属コンタクトフィンガー312及び313が設けら
れている。図3Dの例では、金属コンタクトフィンガー312は、コンタクト領域311
を通ってP型拡散領域303に電気的に接続されており、P型の金属コンタクトフィンガ
ーである。同様に、金属コンタクトフィンガー313は、コンタクト領域311を通って
N型拡散領域302に電気的に接続されており、N型金属コンタクトフィンガーである。
外部電気回路を金属コンタクトフィンガーに接続させ、これにより、太陽電池から電力を
受け取ることができる。
In FIG. 3D,
It is electrically connected to the P-
An external electrical circuit can be connected to the metal contact fingers, thereby receiving power from the solar cell.
図4に示すドット306は、ウェハ上でのプリントヘッドの1回のパスで印刷すること
ができる。ウェハ上での2つ以上のパスを実施し、例えば特定のギャップ321を覆うこ
ともできる。図5の例では、プリントヘッドの第1のパスが、図4に示すようにコンタク
トマスク400を形成し、プリントヘッドの第2のパスが、ギャップ321が(ドット3
06Aの下で)覆われるようにドット306Aを形成する。
The
新規の太陽電池製造のための小さなコンタクトのアレイを開示する。特定の本発明の態
様を示したが、これらの態様が例示を目的としており、限定のためのものでないことを理
解されたい。本開示を読むことで、多数の追加的な態様が当業者に明らかとなろう。
An array of small contacts for novel solar cell manufacturing is disclosed. While particular embodiments of the present invention have been shown, it is to be understood that these embodiments are for purposes of illustration and are not intended to be limiting. Many additional aspects will become apparent to those of ordinary skill in the art upon reading this disclosure.
Claims (9)
前記第1の誘電層上に複数の第2の誘電層を形成し、
前記複数の第2の誘電層間の少なくとも複数の開口に、複数のドットをインクジェット印刷し、前記複数のドットの交差部によって形成された複数のギャップをプリントヘッドによる1方向の1回のパスで形成し、該ギャップのサイズが、少なくとも(i)前記複数のドットを供給する複数のインクジェットプリンタノズルの整列と、(ii)前記複数のドットのサイズと、(iii)いずれのノズルを使用したか、によって決定され、
前記複数のドットをマスクとして使用して、前記第1の誘電層を貫通する複数のコンタクト領域を形成する、太陽電池の製造方法。 Forming a first dielectric layer on a wafer to be processed into a solar cell;
Forming a plurality of second dielectric layers on the first dielectric layer;
A plurality of dots are inkjet printed in at least a plurality of openings between the plurality of second dielectric layers, and a plurality of gaps formed by intersections of the plurality of dots are formed in one pass in one direction by a print head. The gap size is at least (i) an alignment of a plurality of inkjet printer nozzles that supply the plurality of dots, (ii) a size of the plurality of dots, and (iii) which nozzle is used, It is determined by,
A method for manufacturing a solar cell , wherein a plurality of contact regions penetrating the first dielectric layer are formed using the plurality of dots as a mask .
前記第1の誘電層の上に複数の金属コンタクトフィンガーを形成し、前記複数のコンタクト領域を通して、前記第1の誘電層の下に設けられている複数の拡散領域との複数の電気的な接続を形成すること、をさらに含む、請求項1に記載の太陽電池の製造方法。 Removing the plurality of dots from the wafer;
A plurality of metal contact fingers are formed on the first dielectric layer, and a plurality of electrical connections are made with the plurality of diffusion regions provided below the first dielectric layer through the plurality of contact regions. The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, further comprising: forming.
前記複数のP型拡散領域及び前記複数のN型拡散領域が、前記ウェハの、通常の運転時に太陽の方を向くウェハの前面とは反対側の背面に形成されている、請求項3に記載の太陽電池の製造方法。 A plurality of metal contact fingers formed to create a plurality of electrical connections with a plurality of corresponding N-type diffusion regions through at least some of the plurality of contact regions; A plurality of P-type metals formed to produce a plurality of electrical connections between a plurality of N-type metal contact fingers and a corresponding plurality of P-type diffusion regions through at least some of the plurality of contact regions Including contact fingers,
The plurality of P-type diffusion regions and the plurality of N-type diffusion regions are formed on a back surface of the wafer opposite to the front surface of the wafer facing the sun during normal operation. Solar cell manufacturing method.
前記第1の誘電層上であって、一対の隣接する前記複数の拡散領域の境界の上に複数の第2の誘電層を形成し、
前記複数の第2の誘電層のうち少なくとも2つの誘電層の間の開口に、複数のドットを印刷し、前記複数のドットが、複数のギャップを形成するコンタクトマスクを形成し、前記複数のギャップのそれぞれが、プリントヘッドによる1方向の1回のパスで前記複数のドットにおいて重ねられた複数のドットの交差部によって画定され、
前記第1の誘電層の、前記複数のギャップを通って露出している複数の部分をエッチングし、複数のコンタクト領域を形成して、前記太陽電池の前記複数の拡散領域を露出させることを含む、太陽電池の製造方法。 Forming a first dielectric layer on a solar cell wafer having a plurality of diffusion regions adjacent to each other;
Forming a plurality of second dielectric layers on the first dielectric layer on the boundary between the pair of adjacent diffusion regions;
A plurality of dots are printed in openings between at least two dielectric layers of the plurality of second dielectric layers, and the plurality of dots forms a contact mask that forms a plurality of gaps, and the plurality of gaps Each of which is defined by an intersection of a plurality of dots superimposed on the plurality of dots in a single pass in one direction by the printhead;
Etching a plurality of portions of the first dielectric layer exposed through the plurality of gaps to form a plurality of contact regions to expose the plurality of diffusion regions of the solar cell; The manufacturing method of a solar cell.
前記複数のコンタクト領域内に複数の金属コンタクトフィンガーを形成し、複数の拡散領域のうち対応するものに電気的に接続することをさらに含む、請求項7に記載の太陽電池の製造方法。 Removing the plurality of dots from the wafer;
The method for manufacturing a solar cell according to claim 7, further comprising forming a plurality of metal contact fingers in the plurality of contact regions and electrically connecting to a corresponding one of the plurality of diffusion regions.
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